很多人在購買卡車的時(shí)候，除了價(jià)格，整車性能以外最關(guān)注的莫過于油耗了，在這個(gè)油價(jià)飛漲的年代，談到油耗問題的時(shí)候人們總是糾結(jié)于車身重量、發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)、變速箱齒比等問題。其實(shí)一直以來很多人都忽略了一個(gè)問題那就是空氣阻力。

　　有些車主認(rèn)為車身的空氣阻力并不足以造成很大的油耗，這實(shí)際上是一個(gè)誤區(qū)。因?yàn)橛醒芯孔C實(shí)，當(dāng)車輛高速行駛的時(shí)候，最大的阻力都來源于空氣，而實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)車速高于每小時(shí)80KM的時(shí)候，就有將近一半的油耗是用來克服空氣阻力的。車速越高，車輛受到的空氣阻力就越大，空氣阻力的增加值與車速增加值的平方成正比，也就是說，車速提高兩倍，空氣阻力會(huì)相應(yīng)的提高四倍。

空氣阻力的形成

　　空氣阻力是空氣動(dòng)力學(xué)中最主要的分支，所謂的空氣動(dòng)力學(xué)，研究的是可觀察到的在物體周圍或通過物體的氣流活動(dòng)的全部過程?？ㄜ囋谛旭傔^程中，受到的空氣阻力由四部分組成：

　　1：表面阻力，是指氣流通過車輛外表面時(shí)產(chǎn)生的摩擦阻力，該阻力主要是由車體外形，以及安裝在車體外的零部件，如后視鏡、車門把手、車燈、車頭裝飾件等對(duì)氣流干擾引起的阻力，此阻力會(huì)對(duì)半掛車和公共汽車等長尺寸車輛產(chǎn)生較大影響。

　　2：壓差阻力，壓差阻力的大小取決與紊流區(qū)的大小，特別是尾部紊流區(qū)的大小。在氣流變成紊流的點(diǎn)處，會(huì)形成部分的真空區(qū)，這樣就產(chǎn)生了壓差阻力。在卡車設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)師需要努力減小紊流表面，從而減小真空區(qū)面積。

　　3：誘導(dǎo)阻力，它是作為壓差阻力的一部分，是由于車輛行駛過程中頂部和底部的空氣壓力不同而造成的，壓差阻力和誘導(dǎo)阻力在總的空氣阻力中所占比例最大。

　　4：車內(nèi)阻力，是因?yàn)闅饬魍ㄟ^車頭內(nèi)的散熱器、發(fā)動(dòng)機(jī)等引起的阻力。

　　已知的自然界中，水滴的風(fēng)阻系數(shù)最低，只有0.05；垂直平面物體的風(fēng)阻系數(shù)最高為1.0，卡車通常風(fēng)阻系數(shù)為0.6-0.8左右。風(fēng)阻系數(shù)Cd是物體受空氣阻力影響大小的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，車輛風(fēng)阻系數(shù)是通過風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)所確定的一個(gè)數(shù)學(xué)參數(shù)，用它可以計(jì)算出卡車在行駛時(shí)的空氣阻力。

　　通常牽引半掛車的空氣阻力有四個(gè)主要部分：車頭迎風(fēng)區(qū)域，牽引車與掛車之間的空隙，掛車底盤部分，掛車尾部。

　　國外汽車工程研究表明，一輛重型牽引半掛車，在88.5公里/小時(shí)行駛，每行駛1.6公里需要推開大約18噸的空氣。在當(dāng)年車輛技術(shù)狀況與道路情況下，大多數(shù)卡車需要近一半的馬力用來克服空氣阻力。

　　工程師之后深入思考，決定幫助卡車減輕風(fēng)阻形成的氣流沖擊波與尾部的局部真空，已使氣流更平順的通過卡車；同時(shí)提高車輛的燃油效率。隨后美國宇航局的工程師們開始嘗試，將飛機(jī)及航天飛機(jī)的空氣動(dòng)力學(xué)相關(guān)領(lǐng)域的研究與經(jīng)驗(yàn)，用以大型卡車的是設(shè)計(jì)改造工作。

　　2008年5月30日，在意大利南部著名的Nardo高速環(huán)型賽道，一臺(tái)總重為40噸的新款奔馳Actros 1844 LS半掛車創(chuàng)造了一項(xiàng)新的吉尼斯世界記錄：世界上油耗最少的40噸重卡。經(jīng)過12728公里的測試下來，其百公里平均油耗達(dá)到讓人驚訝的19.44升！

　　取得這個(gè)驚人的成績，除了卡車優(yōu)秀的綜合性能以為，良好的空氣動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)也是主要功臣之一。從圖片上可以看出，這臺(tái)Actros卡車的主要空氣動(dòng)力套件有與掛車貨箱幾乎平行的車頂導(dǎo)流罩，側(cè)導(dǎo)流罩，側(cè)裙板以及掛車裙板，平滑的復(fù)合板貨箱也為降低風(fēng)阻做出了貢獻(xiàn)。這些東西的組合讓這臺(tái)半掛Actros車身相當(dāng)平整，很少有形成紊流區(qū)的地方。

　　在歐美廠商卡車設(shè)計(jì)的過程中，必不可少的一項(xiàng)工作就是風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)，通過它能得到知道車輛風(fēng)阻到底有多大，什么地方會(huì)形成紊流，以便于以后的修改。

　　斯堪尼亞Streamline卡車的流線造型與空氣動(dòng)力學(xué)

　　而在國內(nèi)，相當(dāng)多的卡車廠家開發(fā)新車的時(shí)候都去關(guān)注整車的可靠性，如何降低生產(chǎn)成本等等大問題去了，而忽略了車輛的空氣動(dòng)力學(xué)，這個(gè)能有效降低油耗的細(xì)節(jié)。

　　上圖為福萊納卡車進(jìn)行風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)，強(qiáng)有力的大功率風(fēng)扇能模擬卡車在高速行駛中所遇到的風(fēng)力。

　　通過白色煙霧能讓設(shè)計(jì)人員清楚的看清楚氣流通過車身時(shí)的動(dòng)向，同時(shí)也能在第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)有紊流產(chǎn)生的地方。

　　通過安裝導(dǎo)流組件，可以改善空氣阻力對(duì)車輛的影響，這也是非常有效的辦法，但卡車導(dǎo)流組件不僅僅是車頂導(dǎo)流罩這么簡單。

　　導(dǎo)流組件有哪些種類

　　牽引車通常的導(dǎo)流組件由圖中幾個(gè)部件組成，這類組件價(jià)格也不便宜，在國外整套的組件需要750-2500美元之間。國內(nèi)出廠的車輛由于成本和用戶消費(fèi)能力的考慮，基本上沒有車頂導(dǎo)流罩，側(cè)導(dǎo)流板，側(cè)裙板等裝置，需要自行改裝。還有一些原因，即使安裝了導(dǎo)流板，能夠具有美觀效果，但是功能性不強(qiáng)，更談不上省油的效果。其實(shí)真正的了解導(dǎo)流組件，是一個(gè)比較復(fù)雜的過程。

　　卡車導(dǎo)流罩經(jīng)過多年的使用與改進(jìn)，受到全世界卡車司機(jī)的普遍認(rèn)可，降低了風(fēng)阻，節(jié)省更多的燃油。發(fā)展至今，基本上可以分為整體式，組合式，分流式。北美長頭卡車熱衷于整體式導(dǎo)流組件，由于北美多式聯(lián)運(yùn)的運(yùn)輸方式，掛車部分的尺寸相對(duì)統(tǒng)一，導(dǎo)流罩可以基本定型設(shè)計(jì)制造；相似的情況在澳洲的公路列車也同樣適用，但澳洲導(dǎo)流罩的使用多與當(dāng)?shù)貧夂蚨囡L(fēng)有關(guān)。

　　歐盟各國國情不同，對(duì)車輛的規(guī)格，高度也有差異性，導(dǎo)流罩以組合式為主，高度可以在一定范圍內(nèi)調(diào)整。特殊的內(nèi)藏三角翼彌補(bǔ)了高度調(diào)節(jié)帶來的縫隙。最后一種分流式基本在各國都有應(yīng)用。

　　分流式具有向上和左右兩側(cè)同時(shí)分散氣流的效果，效率最高，但由于受高度與車型的限制，需要特殊制造，牽引車應(yīng)用相應(yīng)受限。但不可否認(rèn)分流式導(dǎo)流罩具有良好的降低風(fēng)阻的作用，因此在載貨車上得到了很好的使用效果。

　　歐洲的大型運(yùn)輸公司，探索新的方法來解決導(dǎo)流罩高度問題，空氣管理控制系統(tǒng)（Air Management Control）用來配合不同掛車，取得更好的節(jié)油效果。AMC電動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)也就不足為奇了，司機(jī)可以對(duì)不同類型的掛車，高度在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。根據(jù)歐洲某大型運(yùn)輸公司的不完全統(tǒng)計(jì)，風(fēng)阻系數(shù)穩(wěn)定在原有基礎(chǔ)上降低30%左右，百公里油耗下降4-5%。

　　側(cè)導(dǎo)流板縮短了牽引車與掛車之間的間距，在高速行駛中，氣流形成漩渦的機(jī)會(huì)減少，風(fēng)阻降低的同時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)得到更好的散熱。側(cè)導(dǎo)流板對(duì)橫風(fēng)的氣流導(dǎo)向作用更加突出，這是卡車非常重要的節(jié)油措施。

駕駛室后部的導(dǎo)流板加裝了橡膠延伸部件，使駕駛室與掛車的間隔進(jìn)一步縮短，以取得低風(fēng)阻的完美狀態(tài) 

　　在梅賽德斯-奔馳發(fā)布的aero trailer（航空掛車）車型以及雷諾發(fā)布的Optifuel Lab車型中，我們能看到目前充分利用空氣動(dòng)力學(xué)的先進(jìn)卡車設(shè)計(jì)成果。2款車型均采用了導(dǎo)流罩、導(dǎo)流板、側(cè)裙板、封閉車輪、氣流擴(kuò)散器、尾板等設(shè)計(jì)元素。

aero trailer側(cè)面空氣動(dòng)力學(xué)裝置

　　其中，導(dǎo)流罩和導(dǎo)流板的作用是彌補(bǔ)牽引車和掛車的高度差和主掛(牽引車和掛車）間隙，使氣流平順地由牽引車流到掛車而不發(fā)生分離，因而減小氣流對(duì)掛車前端的2次沖擊，并通過減少穿過牽引車和掛車之間的側(cè)向風(fēng)減小阻力。國外一份對(duì)沃爾沃卡車進(jìn)行風(fēng)洞測試的研究材料顯示，當(dāng)主掛間隙由0.85 m增大到1.5 m時(shí)，燃料消耗增加了3%。

aero trailer側(cè)面空氣動(dòng)力學(xué)裝置

　　側(cè)裙板一方面可以降低整車的風(fēng)壓中心，提高整車的側(cè)風(fēng)穩(wěn)定性；另一方面可以阻擋車輛兩側(cè)的空氣被吸進(jìn)車輛下部，減輕車輛下部的氣流堆積，減少氣流與車輛底部凸出部件的撞擊，使得車輛下部的氣流流動(dòng)更順暢，從而起到減小風(fēng)阻的作用。

加裝不同側(cè)裙的試驗(yàn)?zāi)Ｐ?

　　在劉暢等人撰寫的《汽車空氣動(dòng)力學(xué)在重型載貨汽車上的新進(jìn)展》一文中介紹，美國Lawrence Livermore國家實(shí)驗(yàn)室的Jason M. Ortega等人在GTS模型的車廂底部分別加裝了不同形狀的側(cè)裙板，并在NASAAmes流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)室的開式回流風(fēng)洞中進(jìn)行了試驗(yàn)。

　　試驗(yàn)結(jié)果顯示，加長楔形板后整車氣動(dòng)阻力系數(shù)比原型下降2.0%，加短楔形板下降0.1%，加短楔形板和中心板下降0.1%, 加兩側(cè)直板下降1.4%，由此可見加裝側(cè)裙板對(duì)減阻的作用。

　　封閉車輪的設(shè)計(jì)在汽車領(lǐng)域應(yīng)用比較廣泛。車輪在車輛行駛時(shí)不但要沿著車輛行駛的方向平動(dòng)，同時(shí)圍繞車軸轉(zhuǎn)動(dòng)，因此車輛一方面要克服車輪平動(dòng)的壓差阻力，另一方面要克服車輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)空氣與輪胎、輪輞的干擾阻力。封閉掛車車輪后可以使氣流繞過車輪，減弱車輪的干擾阻力，對(duì)減少風(fēng)阻的貢獻(xiàn)尤為顯著。

曼恩卡車減阻原理

　　尾板的加裝對(duì)于減少風(fēng)阻的貢獻(xiàn)尤為明顯，不僅可以使氣流的分離點(diǎn)向后延遲，而且尾板以及側(cè)裙后部的形狀都向內(nèi)收，可以減小車廂后方的負(fù)壓區(qū)。

　　在雷諾Optifuel Lab車型的掛車頂部的前高后低設(shè)計(jì)，其作用也是在保證貨廂容積的前提下減小整車的負(fù)壓區(qū)。

加裝不同尾板的試驗(yàn)?zāi)Ｐ?

　　在《汽車空氣動(dòng)力學(xué)在重型載貨汽車上的新進(jìn)展》文中引用的試驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，傾角尾板的氣動(dòng)阻力系數(shù)下降16.4%，而曲面尾板下降了18.8%。

　　由此可見，車廂后部加裝不同形狀的空氣動(dòng)力學(xué)附加裝置對(duì)減少氣動(dòng)阻力影響非常大。

trailertail 貨箱尾翼導(dǎo)流

　　但由于目前國內(nèi)外法規(guī)對(duì)車輛后懸的限制，使得加裝尾板裝置并沒有得到廣泛應(yīng)用。

Optifuel Lab側(cè)面空氣動(dòng)力學(xué)裝置

　　氣流擴(kuò)散器目前廣泛應(yīng)用于F1賽車以及乘用車領(lǐng)域。在沒有氣流擴(kuò)散器的情況下，氣流從車輛底部流出后由于截面積增大，在車輛后方極易產(chǎn)生渦流，一方面會(huì)在車輛后方形成負(fù)壓區(qū)，使得車輛的壓差阻力比較大；另一方面渦流會(huì)阻擋氣流的排出，使得氣流在底部堆積，增大氣流對(duì)底部凸出物的干擾阻力。氣流擴(kuò)散器是在車輛后部下方加裝幾個(gè)隔板把從車輛底部流出來的氣流分隔開，抑制車輛后方渦流的形成，產(chǎn)生一種"抽氣效應(yīng)"，使掛車底部的氣流順利排出，減少干擾阻力，減弱車尾的負(fù)壓區(qū)，減小整車的壓差阻力。

Optifuel Lab后部空氣動(dòng)力學(xué)裝置圖解

　　另外，渦流發(fā)生器在國外的商用車上也有應(yīng)用。其原理與乘用車的鯊魚鰭天線有類似的作用，是將氣流由層流邊界層轉(zhuǎn)捩為湍流邊界層（小的渦流），湍流邊界層的壓力比較小，可以抑制渦流的發(fā)生， 使氣流更容易貼著車身表面流動(dòng)，避免氣流發(fā)生分離。

加裝渦流發(fā)生器的卡車

　　國外掛車空氣動(dòng)力學(xué)新思路

　　在牽引半掛車空氣阻力形成的區(qū)域中，掛車底部與尾部的"降阻措施"相對(duì)較難。歐洲目前正在研究掛車整體造型的改進(jìn)可能性，在封閉式運(yùn)輸占目前歐洲絕對(duì)地位的條件下，改變掛車頂部的形狀，使之更符合空氣動(dòng)力學(xué)。這種牽引半掛車更像是一個(gè)潛水艇。

　　國內(nèi)應(yīng)用分析

　　伴隨著國內(nèi)法規(guī)對(duì)超載的限制，以及公路運(yùn)輸運(yùn)營成本的提高，國內(nèi)的卡車制造廠商開始越來越重視卡車的空氣動(dòng)力學(xué)性能。

　　主掛間隙越小，空氣阻力越小，這個(gè)簡單的原理眾所周知，但在國內(nèi)公路上經(jīng)?？梢钥吹街鲯扉g隙長達(dá)1.5 m甚至2 m以上的車輛，這樣大的間隙一方面是因?yàn)槌d現(xiàn)象極其嚴(yán)重，廠商為保護(hù)成本更高的牽引車，降低牽引車的軸荷，因此將掛車的前懸盡可能縮短，將貨物重量更大地加載在掛車車橋上；另一方面是因?yàn)閲鴥?nèi)路況比較惡劣，可以避免掛車前懸過長在極限工況下與牽引車發(fā)生干涉。

歐曼GTL空氣動(dòng)力學(xué)裝置圖解

　　在未來的智能交通實(shí)現(xiàn)時(shí)，車輛的隊(duì)列行駛對(duì)減小空氣阻力的作用將更大，根據(jù)傅立敏撰寫的《隊(duì)列行駛車輛的空氣動(dòng)力特性》論文介紹，隊(duì)列行駛的車輛，每輛車的阻力系數(shù)都降低，平均阻力系數(shù)可降低20%～30%，而且阻力最低的車位于車隊(duì)中心位置。

　　近年來由于國內(nèi)法規(guī)的積極引導(dǎo)以及路況的不斷改善，國內(nèi)卡車相比國外產(chǎn)品在空氣動(dòng)力學(xué)技術(shù)方面的差距在不斷縮小，但是對(duì)于各自主品牌制造商來說要走的路還很長。國外往往在牽引車和掛車研發(fā)階段就采用一體化設(shè)計(jì)，而且廣泛借鑒乘用車在空氣動(dòng)力學(xué)方面的設(shè)計(jì)元素；而國內(nèi)掛車一般由掛車廠家根據(jù)牽引車進(jìn)行匹配，主要關(guān)注的是掛車的可靠性以及輕量化，對(duì)于氣動(dòng)性能的考慮較少。

　　商用車作為一種為客戶創(chuàng)造價(jià)值的工具，低成本、高效率應(yīng)該是其產(chǎn)品開發(fā)的重要性能指標(biāo)，而空氣動(dòng)力學(xué)作為一種有效降低燃油消耗的設(shè)計(jì)方法應(yīng)該更廣泛地應(yīng)用于商用車的研發(fā)中。

　　也許看到這里有人會(huì)問，空氣動(dòng)力又摸不著，在現(xiàn)實(shí)生活中我如何知道卡車的空氣動(dòng)力學(xué)好壞，其實(shí)很簡單，從一些細(xì)節(jié)就可以看出一臺(tái)車的空氣動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)是否良好。其中最簡單的方法就是看在雨中行駛過后的卡車車門的泥水走向，目前絕大多數(shù)卡車制造商都在發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣格柵旁邊設(shè)計(jì)了風(fēng)向?qū)Я鞑郏渥钪饕淖饔镁褪抢眯旭傔^程中產(chǎn)生的風(fēng)力將車輪濺起的泥水吹走，而不讓污物弄臟車門把手，這個(gè)導(dǎo)流槽是要經(jīng)過風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)才能獲得準(zhǔn)確的導(dǎo)流角度，而國內(nèi)相當(dāng)多的廠家都把這個(gè)東西作為一個(gè)擺設(shè)，起不到實(shí)質(zhì)性的作用。

　　注意上圖沃爾沃卡車車門上的泥水走向，通過設(shè)計(jì)有效利用了風(fēng)力，保持了車門把手的干凈。

　　仔細(xì)觀察，能看見沃爾沃卡車大燈旁邊有一條細(xì)長的風(fēng)槽，行駛過程中迎面的風(fēng)力有一小部分通過它集中到一起吹向車門。

　　斯堪尼亞卡車通過進(jìn)氣格柵旁邊的風(fēng)向?qū)Я鞑郾３周囬T把手的干凈，可以清楚的看見每個(gè)槽塊的形狀都不一樣。

　　選用合適的空氣動(dòng)力學(xué)套件

　　按照目前的國內(nèi)物流運(yùn)輸情況來說，能夠推廣使用封閉運(yùn)輸?shù)姆绞骄褪且粋€(gè)很大的進(jìn)步，因?yàn)楝F(xiàn)在還有相當(dāng)多的卡車還在使用低平板掛車或倉攔板掛車，裝載貨物后在表面搭上塑料蓬布，參差不齊的表面在高速行駛中會(huì)產(chǎn)生相當(dāng)大的紊流區(qū)，而使用封閉式運(yùn)輸，平整的車箱表面相對(duì)于低平板掛車產(chǎn)生的紊流要小很多。換句話說，在物理?xiàng)l件一樣的情況下，牽引同樣重量的廂式掛車與低平板掛車，廂式車會(huì)比低平板車的油耗更低。

　　在一小部分國內(nèi)的高端物流運(yùn)輸中，封閉式運(yùn)輸已經(jīng)不是問題，他們學(xué)習(xí)歐洲卡車的做法，將掛車牽引銷稍微往后移，減小牽引車頭與掛車之間的距離，而進(jìn)口車牽引車的副梁上都有前后可調(diào)整范圍的預(yù)流孔，其作用就是可以移動(dòng)牽引鞍座的位置，其作用是為配掛不同的掛車而預(yù)留的，這是減小風(fēng)阻最有效的方法之一，有人擔(dān)心車頭與掛車的距離縮小后，掛車前部的廂體會(huì)碰到車頭。

前導(dǎo)流罩

　　事實(shí)上，在經(jīng)過測量后，定做適合自己拖頭回轉(zhuǎn)半徑的掛車，這樣才能使掛車前置距達(dá)到最完美效果，這主要受影響的是拖頭的前回轉(zhuǎn)半徑，轉(zhuǎn)彎亦或是倒車的時(shí)候，車頭與掛車之間的夾角只要小于90度都不會(huì)有問題。但由于目前受到國內(nèi)路況等各方面原因影響，上面介紹的方法僅在一些全高速且路況好的沿海地帶有所使用。

駕駛室與貨箱距離直接影響風(fēng)阻

　　油價(jià)不斷上漲，科學(xué)地利用空氣動(dòng)力學(xué)對(duì)于商用車輛來說越來越重要，多數(shù)廠家通過附加設(shè)備來改善風(fēng)阻，而利用空氣動(dòng)力學(xué)套件而降低風(fēng)阻及燃油消耗的卡車將成為以后的發(fā)展趨勢。

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